DE2641798C3

DE2641798C3 - Method and device for the contactless determination of physical or geometric properties

Info

Publication number: DE2641798C3
Application number: DE19762641798
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. 7410 Reutlingen Foerster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-17
Filing date: 1976-09-17
Publication date: 1980-12-11
Also published as: DE2641798B2; DE2641798A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Ermitteln physikalischer oder geometrischer Eigenschaften elektrisch leitender flächenhafter Körper mit zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen, insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit oder des Abstandes zwischen beiden Oberflächen oder von Inhomogenitäten im Körper, nach dem auf der Seite der ersten der beiden Oberflächen des Körpers ein dem Körper durchdringendes und in ihm Wirbelströme erzeugendes Magnetwechselfeld erregt wird, auf der Seite der zweiten Oberfläche ein auf das oben genannte zurückgehendes, jedoch durch die Wirbelströme verhindertes Magnetwechselfeld empfangen und die eine bestimmte Phasendifferenz dieser Magnetwechselfelder hervorrufende Frequenz derselben für die Ermittlung der genannten Eigenschaften benutzt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens. Aus einer früheren Veröffentlichung des Erfinders (Zeitschrift für Metallkunde, Bd. 45 [1954], H. 4, S. 197-199) ist ein Verfahren zur beriihrungslosen Ermittlung physikalischer bzw. geometrischer Eigenschaften flächenhafter Metallkörper mit zwei parallelen, einander gegenüberliegenden Oberflächen bekannt, nach dem ein von einer Primärspule ausgehendes Magnetfeld auf der einen Oberflächenseite, ein von einer Sekundärspule zu empfangendes Magnetfeld auf der anderen Oberflächenseite des Metallkörpers lokalisiert ist, wobei beide Magnetfelder übtr den Metallkör· per miteinander gekoppelt sind. The invention relates to a method for the contactless determination of physical or geometric properties of electrically conductive planar bodies with two opposing surfaces, in particular the electrical conductivity or the distance between two surfaces or inhomogeneities in the body, according to the side of the first of the two surfaces of the body an alternating magnetic field penetrating the body and generating eddy currents in it is excited, on the side of the second surface an alternating magnetic field that goes back to the above-mentioned but prevented by the eddy currents is received and the frequency of these alternating magnetic fields causing a certain phase difference of these alternating magnetic fields is used to determine the properties mentioned will. The invention also relates to a device for performing this method. From an earlier publication by the inventor (Zeitschrift für Metallkunde, Vol. 45 [1954], H. 4, pp. 197-199) a method for the contactless determination of physical or geometric properties of flat metal bodies with two parallel, opposing surfaces is known, according to which a magnetic field emanating from a primary coil is localized on one surface side and a magnetic field to be received by a secondary coil is localized on the other surface side of the metal body, both magnetic fields being coupled to one another via the metal body.

Ein dem eingangs definierten Verfahren entsprechendes wird beschrieben in der DE-OS 17 73 199, die sich mit Messungen an rohrförmigen Körpern befaßt. NachA method corresponding to that defined at the outset is described in DE-OS 17 73 199, which relates to concerned with measurements on tubular bodies. To

der genannten Druckschrift werden diese Körper von außen her einem magnetischen Wechselfeld in axialer Richtung ausgesetzt, dessen Frequenz soweit erhöht wird bis die Phasenverschiebung zwischen dem Außenmagnetfeld und dem Magnetfeld in der Bohrung einen bestimmten, meßbaren Wert besitzt Aus der diesem Wert entsprechenden Frequenz des Magnetfeldes werden die gesuchten physikalischen bzw. geometrischen Größen bestimmt, z. B. bei gegebenen oder zumindest konstanten Abmessungen eines nichtferromagnetischen Körpers dessen elektrische Leitfähigkeit.According to the cited publication, these bodies are subjected to an axial alternating magnetic field from the outside Direction exposed, the frequency of which is increased until the phase shift between the The external magnetic field and the magnetic field in the bore have a specific, measurable value The frequency of the magnetic field corresponding to this value will be the physical or geometric ones sought Sizes determined, e.g. B. given or at least constant dimensions of a non-ferromagnetic Body's electrical conductivity.

Ein solches Verfahren ist vielseitig einsetzbar, da es außer für vergleichende auch für absolute Messungen benutzt werden kann, wenn man mit Musterrr bekannter Leitfähigkeit und Abmessung eine Eichung vornimmt. Wenn das Verfahren dennoch in der Praxis bisher keine Bedeutung erlangt hat, so liegt das daran, daß es in seiner Handhabung zu umständlich und für kontinuierliche Messungen, z. B. der Wandstärke an langen Rohren bekannter Leitfähigkeit, nicht geeignet ist Darüber hinaus erfordert die Ausführung des Verfahrens einen relativ hohen Aufwand an Geräten. Beim verfahrensgemäßen Vorgehen muß zunächst die Frequenz eines Wechselstromgenerators, der die Erregerspulen speist verändert werden. Gleichzeitig muß ein Phasenanzeiger, im angegebenen Beispiel ein Lissajou-Figuren anzeigender Oszillograph, beobachtet werden bis dort die der gewünschten Phasenverschiebung entsprechende Figur erscheint Danach kann an einem Frequenzmesser die eingestellte Frequenz abgelesen werden. Es liegt auf der Hand, daß ein solches Verfahren für fortlaufende überwachende Messungen nicht brauchbar istSuch a method can be used in many ways, since it is not only used for comparative measurements but also for absolute measurements can be used if a calibration is carried out with a sample of known conductivity and dimensions. If the process has not yet gained any importance in practice, it is because it is in its handling too cumbersome and for continuous measurements, e.g. B. the wall thickness on long pipes known conductivity, is not suitable In addition, the execution of the method requires a relatively high expenditure on equipment. When proceeding according to the method, the frequency must first be Alternator that feeds the excitation coils can be changed. At the same time, a phase indicator must In the example given, an oscillograph displaying Lissajou figures can be observed up to there the figure corresponding to the desired phase shift appears. A frequency meter can then be used the set frequency can be read. It is obvious that such a procedure can be used for continuous monitoring measurements are not useful

Die Erfindung macht sich demgegenüber ein Verfahren gemäß dem eingangs beschriebenen zur Aufgabe, das in einfacher Weise und mit geringem Aufwand fortlaufende, überwachende Messungen ermöglicht.In contrast, the invention makes a method according to the initially described object, which enables continuous, monitoring measurements in a simple manner and with little effort.

Die Erfindung macht sich ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Aufgabe. Der erste Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein gemäß Patentanspruch 1 gekennzeichnetes Verfahren, der zweite Teil durch eine gemäß Patentanspruch 2 gekennzeichnete Einrichtung.Another object of the invention is a device for carrying out the method. The first Part of the object is achieved by a method characterized according to claim 1, which second part by a device characterized according to claim 2.

Die erfindungsgemäße Lösung hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil großer Einfnchheit, sowohl was die Handhabung des Verfahrens angeht als auch hinsichtlich des benötigten apparativen Aufwandes. Die sich bei der gewählten Phasenverschiebung ergebende Frequenz kann ohne weitere Maßnahmen jederzeit abgelesen werden, sie kann aber auch als analoges Signal ausgegeben werden, das zu Registrierung oder zu Steuerzwecken benutzbar ist. Die Notwendigkeit eines Phasenanzeigegerätes und dessen Beobachtung entfallen ebenso wie die Nachstellung des Wechselstromgenerators, da sich die zu einer bestimmten Phasendifferenz gehörige Frequenz selbst einstellt. Im einfachsten Fall geschieht dies nach dem Rückkopplungsprinzip, wobei ein Verstärker die für die Aufrechterhaltung der Eigenerregung nötige Energie liefert Die Phasendifferenz zwischen erregendem und empfangenem Magnet= Wechselfeld stellt dabei einen Teil der für die Rückkopplung erforderlichen Phasenbeziehung dar. In einem anderen Fall wird von der Phasendifferenz zwischen erregendem und empfangenem Magnetwechselfeld eine Signalspannung abgeleitet und zum Steuern der Frequenz eines Wechselstromgenerators benutzt, der für den Aufbau des Erregerfeldes vorgesehen ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.The solution according to the invention has the advantage of great simplicity over the known, both what the handling of the process is concerned as well as with regard to the equipment required. the The frequency resulting from the selected phase shift can be used at any time without further measures can be read, but it can also be output as an analog signal for registration or for Is usable for tax purposes. There is no need for a phase display device and its observation just like the readjustment of the alternator, since that leads to a certain phase difference sets the appropriate frequency itself. In the simplest case, this is done according to the feedback principle, where an amplifier supplies the energy necessary to maintain self-excitation. The phase difference between the exciting and the received magnet = alternating field represents part of the for the Feedback required phase relationship. In another case, the phase difference a signal voltage is derived between the exciting and the received alternating magnetic field and is used for control purposes the frequency of an alternator used to build up the excitation field. Further refinements of the invention can be found in the subclaims.

Im folgenden soll anhand von Anwendungsbeispiekn mit Hilfe einiger Figuren die Erfindung näher erläutert werden. Im einzelnen zeigtThe following is based on application examples the invention will be explained in more detail with the aid of a few figures. In detail shows

F i g, 1 Transmissionsschaubilder,F i g, 1 transmission diagrams,

F i g. 2 Meßschaltung zu deren Aufnahme,
Fig.3 bis 5 alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung.
F i g. 1 zeigt einige sogenannte Transmissionsschaubilder und Fig.2 die zu deren Aufnahme benotigte Meßschaltung. Unter Transmission versteht man die Durchdringung eines elektrisch leitenden Körpers, z. B. einer Platte oder der Wand eines Rohres, durch ein Magnetwechselfeld. Im vorliegenden Fall handelt es sich um Transmissionsschaubilder einer Messingplatte 1 mit der Leitfähigkeit K= 17,5 ^m/nmm² und der Dicke W. Eine von einem Generator 3 über den ohmschen Widerstand 5 mit einem konstanten Strom J gespeiste Spule 7 en-eugt ein die Platte 1 senkrecht durchdringendes Magnetwechselfeld. Eine Emp!>.igerspule 9 leitet die in ihr durch das Feld erzeugte Spannung zu einer Meßanordnung 11. Diese ist an einem zweiten Eingang 13 mit der Spannung verbunden, die der Strom / am ohmschen Widerstand 5 abfallen läßt und die infolgedessen in ihrer Phasenlage der des erregenden Magnetwechselfeldes entspricht.F i g. 2 measuring circuit for their recording,
3 to 5 alternative exemplary embodiments of the invention.
F i g. 1 shows some so-called transmission diagrams and FIG. 2 shows the measuring circuit required for recording them. Transmission is understood as the penetration of an electrically conductive body, e.g. B. a plate or the wall of a pipe, by an alternating magnetic field. In the present case it concerns transmission diagrams of a brass plate 1 with the conductivity K = 17.5 ^m / nmm ² and the thickness W. A coil 7 fed by a generator 3 via the ohmic resistor 5 with a constant current J is inserted the plate 1 vertically penetrating alternating magnetic field. A receiver coil 9 conducts the voltage generated in it by the field to a measuring arrangement 11. This is connected at a second input 13 to the voltage which the current / at the ohmic resistor 5 causes and which consequently changes its phase position corresponds to the exciting alternating magnetic field.

Meßeinrichtung 11 ermittelt den Betrag der in Spule 9 induzierten Spannung U_e sowie deren Phasenwinkel gegenüber dem Erregerstrom /, d. h. dem Erregermagnetfeld. In F i g. 1 sind Betrag und Winkel der Spannung U_e in Abhängigkeit von der Frequenz des Erregermagnetfeldes aufgetragen. Dabei wird die Spannung U_ca die bei entfernter Platte 1 entsteht, als mit der Nullachse zusammenfallend angenommen. Der wegen des Induktionsgesetzes um 90° gegenüber £/«, verschobene Strom / soll in der 270°-Achse liegen. Schaulinie 15 ergibt den Verlauf der Spannung U_c für eine Wandstärke W|=3,5 mm der Platte i wiecier. Mit wachsender Frequenz /"steigt die Amplitude von U_c bis zu einem Maximum in der Gegend von 1300 Hz, fällt dann wieder ab. Der Phasenwinkel φ nimmt ^7"zu, Die Schaulinien 17 und 19 entsprechen Wandstärken von 5,5 mm bzw. 7,5 mm. Punkte gleicher Frequenz in den Schaulinien 15, 17, 19 sind durch Linien 21 verbunden.Measuring device 11 determines the amount of voltage U _e induced in coil 9 and its phase angle with respect to the excitation current /, ie the excitation magnetic field. In Fig. 1 the amount and angle of the voltage U _{e are} plotted as a function of the frequency of the excitation magnetic field. The voltage U _ca that arises when the plate 1 is removed is assumed to coincide with the zero axis. The current / shifted by 90 ° compared to £ / «, due to the law of induction, should lie in the 270 ° axis. Viewing line 15 gives the course of the voltage U _c for a wall thickness W | = 3.5 mm of the plate i wiecier. With increasing frequency / ", the amplitude of U _{c increases} to a maximum in the region of 1300 Hz, then falls again. The phase angle φ increases ^ 7". The sight lines 17 and 19 correspond to wall thicknesses of 5.5 mm and 5.5 mm, respectively. 7.5 mm. Points of the same frequency in the viewing lines 15, 17, 19 are connected by lines 21.

Die Zunahme der Wandstärke hat eine Abnahme der Amplitude von U_a dagegen ein rascheres Ansteigen des Phasenwinkels φ zur Folge. Hält man den Winkel φ konstant, so ergibt sich mit zunehmender Wandstärke W ein starker Abfall der notwendigen Frequenz. Das gleiche gilt auch, wnnn man bei konstanter Wandstärke die Leitfähigkeit der Platte 1 erhöht. Um z. B. einen konstanten Phasenwinkel φ = 90° zu erhalten, was einer Ges..m:phasenverschiebung von 180° zwischen den Magnetwechselfeldern auf den beiden Seiten der Platte 1 entspricht, muß man die Frequenz /von 1237 Hz auf 670 Hz vermindern, wenn man gleichzeitig die Wandstärke W von 3,5 cm auf 5,5 cm erhöht oder eine entsprechende Leitfähigkeitsänderung vornimmt. Um bei der gleichen Wandstärkeänderung von 3,5 cm auf 5,5 cm den Phasenwinkel φ = 180° konstant zu halten, ist gleichfalls eine Frequenzänderung von etwa 2:1 erforderlich.The increase in wall thickness results in a decrease in the amplitude of U _a, on the other hand, in a more rapid increase in the phase angle φ . If the angle φ is kept constant, there is a sharp drop in the necessary frequency with increasing wall thickness W. The same also applies if the conductivity of the plate 1 is increased while the wall thickness is constant. To z. B. to obtain a constant phase angle φ = 90 °, which corresponds to a Ges..m: phase shift of 180 ° between the alternating magnetic fields on the two sides of the plate 1, one must reduce the frequency / from 1237 Hz to 670 Hz, if one at the same time increases the wall thickness W from 3.5 cm to 5.5 cm or changes the conductivity accordingly. In order to keep the phase angle φ = 180 ° constant with the same change in wall thickness from 3.5 cm to 5.5 cm, a frequency change of about 2: 1 is also required.

In F i g. 3 ist unterhalb der Oberfläche 31 der Platte 1 eine Empfängerspu'c 33 angebracht. Dieser gegenüber, oberhalb der Oberfläche 35 von Platte 1, ist eine Erregerspule 37 angeordnet, die von einem geregelten Verstärker 39 mit einem konstanten eingeprägten Strom J gespeist wird. Der Verstärker 39 bewirktIn Fig. 3, a receiver track 33 is attached below the surface 31 of the plate 1. Opposite this, above the surface 35 of plate 1, an excitation coil 37 is arranged, which is fed with a constant impressed current J by a regulated amplifier 39. The amplifier 39 causes

innerhalb seines Clbertragungsbereichs eine konstante Phasendrehung von 180° zwischen seinem Eingang 41 und seinem Ausgang 43. Außerhalb des Übertragungsbereiches soll die Verstärkung steil abfallen. Die Empfängerspule 33 ist entweder direkt oder über einen Phasenschieber 45 mit dem Eingang 41 des Verstärkers 39 verbunden. Ein an einen anderen Ausgang 47 des Verstärkers 39 angeschlossener Frequenzmesser 49 ermöglicht die Feststellung der Frequenz der zu verstärkenden Spannungen oder aber die Abnahme einer frequenzanalogen Spannung am Ausgang 50 des Frequenzmessers.a constant phase rotation of 180 ° between its input 41 within its transmission range and its output 43. Outside the transmission range, the gain should drop steeply. the Receiver coil 33 is either directly or via a phase shifter 45 with the input 41 of the amplifier 39 connected. A frequency meter 49 connected to another output 47 of the amplifier 39 enables the determination of the frequency of the voltages to be amplified or the decrease a frequency-analog voltage at the output 50 of the frequency meter.

Ist ein Phasenschieber 45 nicht vorgesehen, so ergibt sich bei einem Phasenwinkel von 180° zwischen dem Erregerstrom / und der Empfängerspannung U_e aus Spule 33 die für Eigenerregung notwendige Phasenübereinstimmung. Diese führt unter der Voraussetzung ausreichender Verstärkung des Verstärkers 39 zu einer freien Schwingung, deren Frequenz sich direkt aus Fig. 1 ableiten läßt. Ein die Frequenz bestimmender Arbeitspunkt 46 ergibt sich als der Schnittpunkt der jeweiligen Schaulinie, hier der Schaulinie 15. mit der Richtung des Vektors L/„ hier der 90°-Achse. Ändert sich die Wandstärke W bzw. die elektrische Leitfähigkeit, so muß der Winkel φ zur Aufrechterhaltung der Eigenerregung erhalten bleiben. Der Arbeitspunkt 46 verschiebt sich infolgedessen entlang der Richtung von Uc hier also entlang der 90°-Achse, wobei sich selbsttätig eine neue Frequenz einstellt. Als Maß für die Wandstärke W bzw. für die elektrische Leitfähigkeit kann die Frequenz am Frequenzmesser 49 abgelesen werden. Die frequenzanaloge Spannung am Ausgang 50 kann zum Aussteuern eines Registriergerätes oder zu Steuerzwecken benutzt werden.If a phase shifter 45 is not provided, a phase angle of 180 ° between the excitation current / and the receiver voltage U _e from coil 33 results in the phase correspondence required for self-excitation. Provided that the amplifier 39 is sufficiently amplified, this leads to a free oscillation, the frequency of which can be derived directly from FIG. An operating point 46 which determines the frequency results as the point of intersection of the respective viewing line, here viewing line 15, with the direction of the vector L / "here the 90 ° axis. If the wall thickness W or the electrical conductivity changes, the angle φ must be maintained in order to maintain the self-excitation. The operating point 46 is consequently shifted along the direction of Uc , that is to say here along the 90 ° axis, a new frequency being set automatically. The frequency can be read from the frequency meter 49 as a measure of the wall thickness W or the electrical conductivity. The frequency-analog voltage at output 50 can be used to control a recording device or for control purposes.

Soll ein anderer Punkt der jeweiligen Schaulinie als Arbeitspunkt gewählt werden, so muß die Phasenverschiebung zwischen Strom /und Spannung U_e um einen entsprechenden Betrag verändert werden. Dies kann durch den Phasenschieber 45 geschehen. Statt der Spule 33, die eine dem Differentialquotienten des Magnetwechselfeldes entsprechende, d. h. um 90° in der Phase «ταΗγρΙιΙι» ζιίτηαίςηαηηιιηη Ar^pn τ| IV^nn αιι/-*Κ *>in If another point on the respective viewing line is to be selected as the working point, the phase shift between current and voltage U _e must be changed by a corresponding amount. This can be done by the phase shifter 45. Instead of the coil 33, the one corresponding to the differential quotient of the alternating magnetic field, ie by 90 ° in the phase “ταΗγρΙιΙι” ζιίτηαίςηαηηιιηη Ar ^ pn τ | IV ^ nn αιι / - * Κ *> in

magnetempfindliches Element vorgesehen sein, das im gegebenen Frequenzbereich eine direkt dem Magnetwechselfeld proportionale Signalspannung abgibt. In diesem Falle würde sich ohne einen zusätzlichen Phasenschieber 45 eine Frequenz gemäß dem Phasenwinkel φ= 180° bei den Schaulinien nach Fig. 1 einstellen. Für welchen Phasenwinkel ψ man sich bei der Festlegung des Arbeitspunktes entscheidet, hängt von der jeweiligen Problemstellung ab.magnetically sensitive element can be provided, which emits a signal voltage directly proportional to the alternating magnetic field in the given frequency range. In this case, without an additional phase shifter 45, a frequency would be set according to the phase angle φ = 180 ° in the viewing lines according to FIG. 1. Which phase angle ψ one decides on when determining the operating point depends on the particular problem.

Fig.4 zeigt ein Beispiel für den Fall, daß der Phasenwinkel φ nicht durch Eigenerregung, sondern durch ein Regelsystem festgehalten wird. Ein Wechselstromgenerator 51 ist so aufgebaut, daß seine Frequenz /o durch eine positive oder negative Steuerspannung am Eingang 53 nach unterschiedlichen Richtungen verändert werden kann. Zum Aufbau eines Magnetwechselfeldes oberhalb der Platte 1 wird über einen Widerstand 55 eine Erregerspule 57 mit dem Strom / gespeist. Unterhalb der Platte 1 ist eine Emfängerspule 59-vorgesehen, deren Signalspannung U_c in einem Vorverstärker 61 verstärkt und einem phasenselektiven Gleichrichter 63 zugeführt wird. An den Steuereingang 65 des phasenselektiven Gleichrichters 63 gelangt, gegebenenfalls über einen Phasenschieber 67, die am Widerstand 55 abfallende Referenzspannung, die dem Strom J und damit dem erregenden Magnetwechselfeld proportional ist und ihm in der Phase entspricht. Di< Ausgangsspannung des phasenselektiven Gleichrichter 63 wird über einen hochverstärkenden Regelverstärke 69 an den Steuereingang 53 des Wechselstromgenera tors 51 gelegt. Sie beträgt Null, wenn die Phasendiffe renz zwischen der Signal- und der Referenzspannung at den Eingängen des phasenselektiven Gleichrichters 6; bei 180° liegt und ändert sich in positiver bzw. negative Richtung, wenn die Phasendifferenz von diesem Wer4 shows an example for the case in which the phase angle φ is not held by self-excitation, but by a control system. An alternating current generator 51 is constructed in such a way that its frequency / o can be changed in different directions by a positive or negative control voltage at the input 53. To build up an alternating magnetic field above the plate 1, an excitation coil 57 is fed with the current / via a resistor 55. A receiver coil 59 is provided below the plate 1, the signal voltage U _{c of which is} amplified in a preamplifier 61 and fed to a phase-selective rectifier 63. At the control input 65 of the phase-selective rectifier 63 arrives, possibly via a phase shifter 67, the reference voltage drop across the resistor 55, which is proportional to the current J and thus the exciting alternating magnetic field and corresponds to it in phase. Di <output voltage of the phase-selective rectifier 63 is applied to the control input 53 of the alternating current generator 51 via a high-gain control amplifier 69. It is zero when the phase difference between the signal and the reference voltage at the inputs of the phase-selective rectifier 6; lies at 180 ° and changes in a positive or negative direction if the phase difference is from this who

ίο nach oben oder unten abweicht. Der Anzeige um Überwachung der Frequenz des Generators 51 dienei ein Frequenzmesser 49 bzw. deren Ausgang 50.ίο deviates upwards or downwards. The ad at The frequency of the generator 51 is monitored by a frequency meter 49 or its output 50.

Zur Inbetriebnahme der Einrichtung nach F i g. 4 wire zunächst die mittlere Frequenz f₀ des Wechselstrom generators 51 auf einen Wert eingestellt, der den Arbeitspunkt in F i g. 1 je nach elektrischer Leitfähigkei und Wandstärke der Platte 1, sowie je nach de zusätzlichen Phasenverschiebung durch Phasenschiebe 67 und Empfängeranordnung 59 entspricht, im voriic genden Fall würde, vorausgesetzt ein Phasenschieber 6< entfiele und die mittlere Dicke einer zu überwachende! Messingwand läge bei 3,5 mm, eine Frequenz /Ό voi 1237 Hz eingestellt. Abweichungen von der genanntei mittleren Dicke der Messingwand 1 hätten bei festeTo start up the device according to FIG. 4 wire first the mean frequency f _{0 of} the alternating current generator 51 is set to a value that corresponds to the operating point in FIG. 1 depending on the electrical conductivity and wall thickness of the plate 1, as well as depending on the additional phase shift by phase shifter 67 and receiver arrangement 59, in the previous case, assuming a phase shifter 6 <would be omitted and the average thickness one to be monitored! Brass wall would be 3.5 mm, a frequency / Ό voi 1237 Hz set. Deviations from the mentioned mean thickness of the brass wall 1 would have been fixed

>-, Frequenz eine entsprechende Änderung der Phasendif ferenz zwischen erregendem und empfangenem Ma gnetwechselfeld und eine entsprechend hohe Steuer spannung jm Ausgang des phasenselektiven Gleichrich ters 63 zur Folge. Wegen der hohen Verstärkung de> -, frequency a corresponding change in the phase difference difference between the exciting and received magnetic alternating fields and a correspondingly high tax voltage jm output of the phase-selective rectifier 63 result. Because of the high gain de

«ι Regelverstärkers 69 genügt bereits eine sehr klein« Steuerspannung des phasenselektiven Gleichrichters 6J um die Frequenz des Wechselstromgenerators 51 au einen Wert zu steuern, der praktisch den gleichei Phasenwinkel φ wie zuvor herruft. Das heißt nichtA control voltage of the phase-selective rectifier 6J is already sufficient for the control amplifier 69 to control the frequency of the alternating current generator 51 to a value which produces practically the same phase angle φ as before. That does not mean

)i anderes, als daß sich der Arbeitspunkt wie im Falle nacl Fig. 3 entlang einer auf den Koordinatenurspruni gerichteten Geraden, hier der 90°-Achse, bewegt. De Phasenwinkel φ wird dabei auf einem bestimmten Werl hier 90°, festgehalten. Die sich dabei einstellend«) i other than that the working point, as in the case of FIG. 3, moves along a straight line directed to the coordinate origin, here the 90 ° axis. The phase angle φ is fixed at a certain value here 90 °. Which are set in the process "

4«i Frequenz kann wiederum mittels Frequenzmesser 4< festgestellt werden.4 «i frequency can in turn by means of a frequency meter 4 < to be established.

njA Pmri/^hiiiniT narh Fio S prmnCTÜrhl HaQ AuffinnjA Pmri / ^ hiiiniT narh Fio S prmnCTÜrhl HaQ Auffin

den von Inhomogenitäten an oder zwischen dei Oberflächen 31 und 35 des Körpers 1, von Risserthat of inhomogeneities on or between the surfaces 31 and 35 of the body 1, by Risser

•15 Lunkern od. dgl. Bekanntlich eignet sich das Transmis sionsverfahren besonders gut für die Ermittlung voi zwischen zwei Oberflächen gelegenen Fehlern. Dabe erweist sich häufig als störend, daß die Fehlerempfind lichkeit der Sonden sehr stark von der Dicke des zi prüfenden Materials sowie von dessen elektrischei Leitfähigkeit abhängt. Die Einrichtung nach Fig.i schafft hier Abhilfe, indem die Fehlersonde stets mi einer optimal an das Prüfproblem, das heißt an Dicke und Leitfähigkeit des Materials angepaßten Frequen; arbeitet, wobei sich diese Frequenz selbsttätig einstellt Der größte Teil der Einrichtung nach Fig.ίAs is well known, the transmission method is particularly well suited for the determination of defects located between two surfaces. This often proves to be annoying that the sensitivity of the probes to errors depends very much on the thickness of the material being tested and on its electrical conductivity. . The device according to Fig i, provides a remedy here by the error probe always mi of an optimally to the testing problem, that is, on the thickness and conductivity of the material adapted Frequen; works, with this frequency setting itself. Most of the device according to Fig.ί

entspricht genau der Einrichtung nach F i g. 4 und is demgemäß mit den gleichen Bezugsziffern dargestellt Eine Beschreibung dieses Teils der Einrichtung erübrig sich daher. Bei der Empfängeranordnung 71 werdet zwei Spulen 73- und 75 benutzt, die in Aufbau unc Dimensionierung gleich sind und miteinander ii Differenz geschaltet sind. Der Ausgang dieser Diffe renzschaltung ist an den Eingang einer Auswerteeinhei 77 gelegt, während die Spule 73 wie Spule 59Mn F i g.' am Eingang des Vorverstärkers 61 liegt Die Signalspan nung aus Spule 73 wird zusammen mit der an Widerstand 55 abfallenden Referenzspannung in de:corresponds exactly to the device according to FIG. 4 and is accordingly represented with the same reference numerals A description of this part of the device is superfluous therefore. In the receiver arrangement 71 two coils 73 and 75 are used, which in construction unc Dimensioning are the same and are connected to one another ii difference. The outcome of these differences The limit circuit is applied to the input of an evaluation unit 77, while the coil 73, like coil 59Mn F i g. ' The signal voltage from coil 73 is applied together with the Resistor 55 falling reference voltage in de:

oben beschriebenen Weise dazu benützt, die Phasendifferenz zwischen erregendem und empfangenem Magnetwechselfeld unabhängig von der Dicke und der elektrischen Leitfähigkeit des zu prüfenden Materials auf einem konstanten Wert zu halten. Die Differenzspulenanordnung 71 entwickelt in bekannter Weise ein Fehlersignal aufgrund einer von einem Fehler hervorgeruffc,"!in inhomogenen Verteilung der Wirbelströme.the way described above is used to determine the phase difference between exciting and received alternating magnetic field regardless of the thickness and the to keep the electrical conductivity of the material to be tested at a constant value. The differential coil arrangement 71 develops, in a known manner, an error signal due to a "! In." inhomogeneous distribution of eddy currents.

Selbstverständlich kann, wenn dies zweckmäßig erscheint, auch jede andere Form von Wirbelstromfehlersonden auf der der . .iderregenden Spulenanordnung gegenüberliegenden Seite des Prüfteils 1 eingesetzt werden, also auch von der Spule 73 unabhängige.Of course, any other form of eddy current fault probe can also be used if this appears appropriate on the the. .the exciting coil arrangement opposite side of the test part 1 are used, so also independent of the coil 73.

Das Transmissionsverfahren findet häufig Anwendung bei der Untersuchung der Wände von Rohren. Hierbei werden sowohl Spulen benutzt, deren Spulenachse senkrecht auf der Rohrwand steht, als auch solche,The transmission method is widely used when examining the walls of pipes. Here, both coils are used, the coil axis of which is perpendicular to the pipe wall, as well as those,

bei denen Spulenachse und Rohrachse parallel zueinander verlaufen oder sogar zusammenfallen. Die oben beschriebenen Einrichtungen können unabhängig von der Art und Weise der Erregung und des Empfangs des Magnetwechselfeldes angewendet werden, wann immer eine Durchdringung eines elektrisch leitenden Körpers mit einander gegenüberliegenden Oberflächen durch ein Magnetwechselfeld stattfindet. Besonders günstige Anwendungsfälle bieten sich dort, wo es auf eine genaue Überwachung sehr kleiner Unterschiede über längere Zeiträume ankommt. Von solchen Fällen können z. B. genannt werden die Überwachung der Wandstärke eines Rohres unter dem Einfluß einer korrodierenden Flüssigkeit oder die Überwachung der Leitfähigkeit eines Prüfteils über den Zeitraum des Vorgangs der Kaltaushärtung.in which the coil axis and tube axis run parallel to one another or even coincide. The above facilities described can be independent of the manner of excitation and reception of the Alternating magnetic field can be applied whenever a penetration of an electrically conductive body takes place with opposing surfaces by an alternating magnetic field. Particularly cheap Use cases are available where there is a precise monitoring of very small differences over a longer period of time Periods of time. From such cases z. B. called the monitoring of the wall thickness of a pipe under the influence of a corrosive liquid or the monitoring of conductivity of a test part over the period of the cold hardening process.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Verfahren zum berührungslosen Ermitteln physikalischer oder geometrischer Eigenschaften1. Method for the contactless determination of physical or geometric properties

a) elektrisch leitender flächenhafter Körper mit zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen, insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit, oder des Abstandes zwischen beiden Oberflächen oder von Inhomogenitäten im Körper;a) electrically conductive planar body with two opposing surfaces, in particular the electrical conductivity, or the distance between the two Surfaces or inhomogeneities in the body;

b) nach dem auf der Seite der ersten der beiden Oberflächen des Körpers ein dem Körper durchdringendes und in ihm Wirbelströme erzeugendes Magnetwechselfeld erregt wird;b) after that on the side of the first of the two surfaces of the body on the body penetrating and in it eddy currents generating alternating magnetic field is excited;

c) auf der Seite der zweiten Oberfläche ein auf das oben genannte zurückgehendes, jedoch durch die Wirbelströme verändertes Magnetwechselfeld empfangen undc) on the side of the second surface one going back to the above, but through the eddy currents receive a changed alternating magnetic field and

d) die eine bestimmte Phasendifferenz dieser Magnctwechselfelder hervorrufende Frequenz derselben für die Ermittlung der genannten Eigenschaften benutzt wird;d) the frequency causing a certain phase difference of these alternating magnetic fields the same is used to determine the properties mentioned;

gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:characterized by the combination of the following features:

e) das empfangene und das erregende Magnetwechselfeld wird miteinander derart zwangsverknüpft, daß die Phasendifferenz zwischen den Magnetwechselfeldern sich selbstätig auf einem vorher bestimmten festen Wert hält;e) the received and the exciting alternating magnetic field are forcibly linked to one another in such a way that the phase difference between the alternating magnetic fields hold themselves automatically at a predetermined fixed value;

f) die sich dabei einsteilende Frequenz der Magnetwechselk-Ider -,ird ermittelt, indem entweder das empfangene und das erregende Magnetwechselfeld mitei· inder über eine Verstärkerschaltung zu einem selbständig schwingenden System rückgekoppelt sind oder von der Phasendifferenz zwischen dem erregenden und dem empfangenen Magnetwechselfeld wird ein Meßsignal abgeleitet, das zur Steuerung der Frequenz eines das Erregerfeld aufbauenden Generators benutzt wird und das die Frequenz auf den einer vorbestimmten Phasendiffereirz zwischen erregendem und empfangenem Magnetwechselfeld entsprechenden Wert einregelt.f) the thereby setting frequency of the Magnet change code -, it is determined by either the received and the exciting alternating magnetic field are fed back to one another via an amplifier circuit to an independently oscillating system or from the phase difference between the exciting and the received alternating magnetic field a measurement signal derived, which is used to control the frequency of the field building up the excitation field Generator is used and the frequency to a predetermined phase difference adjusts the corresponding value between the exciting and the received alternating magnetic field.

2. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 zum berührungslosen Ermitteln physikalischer oder geometrischer Eigenschaften elektrisch leitender flächenhafter Körper mit zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen, insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit oder des Abstandes zwischen beiden Oberflächen oder von Inhomogenitäten im Körper, nach dem auf der Seite der ersten der beiden Oberflächen des Körpers ein dem Körper durchdringendes und in ihm Wirbeiströme erzeugendes Magnetwechselfeld erregt wird, auf der Seite der zweiten Oberfläche ein auf das oben genannte zurückgehendes, jedoch durch die Wirbelströme verändertes Magnetwechselfeld empfangen und die eine bestimmte Phasendifferenz dieser Magnetwechselfelder hervorrufende Frequenz derselben für die Ermittlung der genannten Eigenschaften benutzt wird, mit einer Erregerspulenanordnung auf der Seite der ersten Oberfläche, mit einem Wechselstromgenerator zum Speisen der Erregerspulenanordnung, mit Mitteln zum Ableiten einer Referenzspannung, die dem Magnetfeld der Erregerspulenanordnung entspricht, mit einer Empfängeranordnung zum Empfang einer Signalspannung auf der Seite der zweiten Oberfläche, mit einer MeBschaltung zum Feststellen der Phasendifferenz zwischen Referenz- und Signalspannung, dadurch gekennzeichnet, daß2. Device for performing the method according to claim 1 for contactless determination physical or geometric properties of electrically conductive planar bodies with two opposing surfaces, in particular the electrical conductivity or the Distance between both surfaces or of inhomogeneities in the body after that on the side the first of the two surfaces of the body is excited by an alternating magnetic field that penetrates the body and generates vortex currents, on the side of the second surface one going back to the above, but by the Eddy currents received a changed alternating magnetic field and a certain phase difference these alternating magnetic fields causing the same frequency for the determination of the mentioned Properties is used, with an excitation coil arrangement on the side of the first surface, with an alternator for feeding the excitation coil arrangement, with means for deriving a reference voltage which corresponds to the magnetic field of the excitation coil arrangement, with a receiver arrangement for receiving a signal voltage on the side of the second surface, with a Measuring circuit for determining the phase difference between reference and signal voltage, thereby marked that

a) der Wechselstromgenerator (51) einen Steuerpingang (53) zum Steuern seiner Frequenz besitzt,a) the alternator (51) has a control input (53) for controlling its frequency owns,

b) die Meßschaltung (63) ein Steuersignal abgibt, ίο das von der Phasendifferenz zwischen Referenz- und Signalspannung abhängt, undb) the measuring circuit (63) emits a control signal, ίο that depends on the phase difference between reference and signal voltage, and

c) dieses Steuersignal an den Steuereiagang (53) des Wechselstromgenerators (5t) geführt istc) this control signal is passed to the control input (53) of the alternator (5t)

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochverstärkender Regelverstär ker (69) zwischen der Meßschaltung (63) und dem Steuereingang (53) liegt3. Device according to claim 2, characterized in that a high-gain control amplifier ker (69) between the measuring circuit (63) and the control input (53)

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß ein Phasendrehglied (67) zwischen den4. Device according to claim 3, characterized in that a phase shift member (67) between the Mitteln zum Ableiten der Referenzspannung (55) und der Meßschaltung (63) liegtMeans for deriving the reference voltage (55) and the measuring circuit (63) is located

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß eine Sonde zur Feststellung von Inhomogenitäten des Körpers auf der Seite der5. Device according to claim 2, characterized in that a probe for the detection of Inhomogeneities of the body on the side of the

Empfängeranordnung angebracht istReceiver assembly is attached

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Empfängeranordnung in einer ersten Spule (73) besteht, die zusammen mit einer zweiten gleichartigen Spule (75) in Differenz6. Device according to claim 5, characterized in that the receiver arrangement in one first coil (73) consists, together with a second similar coil (75) in difference geschaltet ist and mit dieser zusammen die Sonde (71) zur Feststellung von Inhomogenitäten bildetis connected and together with this forms the probe (71) for determining inhomogeneities